北疆地區XBT水庫壩型方案比選分析

王偉偉 新疆塔城地區水利水電勘察設計院

1.前言

新疆地處祖國西北，特殊的地質、地理環境為水庫大壩建設提供了天然的筑壩材料，新疆當地材料壩的發展走在祖國的前列。本工程以XBT水庫為例，就壩址處的地形、地質條件及筑壩材料等方面考慮，對碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩和混凝土面板砂礫石壩進行壩型比選分析，為干旱寒冷區筑壩提供理論和實踐經驗。

2.工程概況

XBT水庫位于準噶爾盆地西北邊緣區，屬干旱地區，由于處于盆地，降雨量較大，蒸發較少，冬季冷而漫長，夏季熱且短促。址區出露的地層巖性主要有：①上泥盆統塔爾巴哈臺組下亞組（D3ta），巖性主要為砂礫巖、礫巖、粉砂巖。②第四系全新統沖積層（Q4al）、中更新統洪積層（Qp2pl）、全新統沖洪積層（Q4al+pl）、全新統坡積層（Q4dl）。工程由大壩、放水洞、放空洞、溢洪道四部分組成。根據《水利水電工程等級劃分及洪水標準》SL252-2017規定，該水庫工程屬Ⅲ等中型，本工程壩高超過70m，大壩級別提高一級，為2級，永久性主要建筑物放水洞、放空洞、溢洪道級別為3級，次要建筑物和臨時建筑物級別均為4級。據《中國地震動參數區劃圖》（GB18306-2015）的劃分，本區地震動峰值加速度0.15g，反應譜特征周期0.35s，對應地震基本烈度為Ⅶ度。

3.壩型比選

（1）混凝土面板砂礫石壩。壩頂高程1254.80m，壩頂寬8.0m，壩頂全長365m，最大壩高為78.92m，上游壩坡為1：1.6，下游壩坡為1：1.5，防浪墻頂高程1254.80m，高出壩頂1.0 m，防浪墻的結構形式為“L”型，高3.2m，厚0.3m，采用C25F200鋼筋混凝土現澆。壩頂路面為15cm厚的C25F200混凝土路面，路面自上游向下游傾斜，坡度2%，壩頂下游側設C25 F200預制路沿石，高出壩頂0.3m。上游壩坡：上游壩坡設置混凝土面板，面板厚度采用40～60cm，從面板向下游依次鋪設擠壓邊墻和墊層料。下游壩坡采用6cm厚的預制六棱塊護坡，下游設“之”字形上壩道路，路寬8m，坡度8%，大壩下游綜合壩坡1：1.91。

（2）碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩。壩頂高程1253.10m，全長362m，最大壩高82.70m，壩頂寬8.0m。上游壩坡為1：2.25，上游壩坡采用20cm厚的C25F200W8混凝土板護坡，上游護坡每隔3m設縫，填縫材料采用高壓閉空板。下游壩坡為1：1.8，設6cm厚預制六棱塊護坡。下游設“之”字形上壩道路，路寬8m，坡度8%，大壩下游綜合壩坡1：2.18。壩頂澆注15cm厚混凝土路面，路面自上游向下游傾斜，坡度為2%。壩頂上游側設C25F200W8鋼筋混凝土現澆防浪墻，墻頂高程1254.10m，高出壩頂1m，墻厚0.3m。壩體防滲采用碾壓式瀝青混凝土心墻，根據《土石壩瀝青混凝土面板和心墻設計規范》[2]及已相關程經驗，該工程瀝青心墻厚度由0.8m漸變至0.5m。

4.比選分析

（1）地形地質條件比較。壩址處無不良地質條件，兩岸山體坡度較緩滿足面板壩和瀝青心墻壩的建壩條件。

①基礎處理，根據地質勘查資料，混凝土面板砂礫石壩和瀝青混凝土心墻砂礫石壩基礎覆蓋層和強風化層厚度相當。面板壩趾板線長469.37m，心墻壩基礎處理長度362m，面板壩基礎處理長度大于心墻壩，且趾板開挖底寬大于心墻基座，面板壩土石方開挖量大于心墻壩；面板壩基礎固結和帷幕灌漿量大于心墻壩；心墻壩基礎開挖完成后直接澆筑心墻基座進行灌漿和心墻及壩體填筑，基礎開挖邊坡為臨時邊坡。面板壩施工完成后除河床段死水位以下部分外，其余邊坡均為永久邊坡，邊坡處理工程量遠大于心墻壩。因此從基礎處理考慮心墻壩優于面板壩。

②兩岸巖石破碎，可以通過灌漿來處理，但右岸趾板線巖體受斷層及向斜的作用，在裸露巖體上表現為連續的小褶皺，巖石破碎，巖石產狀變化較大，節理裂隙發育。趾板澆筑前需對褶皺及斷層進行處理，由于巖石節理裂隙發育兩岸坡趾板灌漿時可能存在冒漿或灌漿壓力較小的問題，需要增設灌漿蓋板。因此混凝土面板砂礫石壩對基礎斷層處理及灌漿工程量較大，瀝青混凝土心墻砂礫石壩較優。

（2）施工條件。混凝土面板壩和瀝青混凝土心墻壩壩殼料施工工藝簡單，受寒天氣影響程度小，也能夠保證壩殼料的碾壓質量。混凝土心墻砂礫石壩能在冬季施工，但面板要求連續澆筑完成；沉降期后才能進行面板施工，瀝青混凝土心墻砂礫石壩較優。

（3）防滲防凍處理。混凝土面板防滲性較好，但是施工過程中，非常容易產生各類裂縫，采用提早覆蓋養護或涂刷養護劑等措施防止裂縫產生，以提高混凝土面板的抗裂性能、防滲性能及抗凍等耐久性。碾壓式瀝青混凝土心墻的防滲體位于大壩中心，且瀝青混凝土具有較小的孔隙率，防滲效果較好，受冰凍影響小，抗凍性較好。碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩較優。

（4）穩定性分析。混凝土面板砂礫石壩防滲體混凝土面板位于壩前坡，受力條件好，壩體整體穩定性可靠。瀝青混凝土心墻位于壩體中間，水荷載垂直作用于心墻，下游壩坡受力較大。當砂礫石體產生沉降時，心墻的塑性能保證在不降低壩體穩定的條件下，吸收壩體附加位移，瀝青混凝土在較大剪切變形情況下不會破壞，該壩型的穩定性較好。從穩定性分析混凝土面板砂礫石壩略優于碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩。

（5）工程量及投資。碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩圍堰可以與壩體結合，減少壩體填筑量，混凝土面板砂礫石壩圍堰與壩體分開布置，增加了圍堰的填筑量。同時，碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩比混凝土面板砂礫石壩節約2458.58萬元，投資上方面更加優越。

5.結論

通過從地形地質條件、施工條件、防滲防凍處理、穩定性分析、工程投資等方面進行綜合比較分析。混凝土面板砂礫石壩除穩定性方面略優于碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩，其余方面均是碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩占優勢，且碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩的穩定性較好，滿足大壩安全運行要求。因此選定碾壓式瀝青混凝土心墻砂礫石壩作為推薦壩型。